Десятиліттями астрономи були збентежені магнітними полями планет. У нашій власній Сонячній системі немає правила, яке б пояснювало, які світи створюють ці магнітні оболонки: Земля, наприклад, має одну, але її сестра — Венера — ні.

Астрономи підозрюють, що одним із найкращих способів зрозуміти таємниці магнетизму може бути вивчення світів, що обертаються навколо інших сонць. Зібравши перепис магнітних полів екзопланет, дослідники могли визначити, чи є вони загальними рисами інших світів. Це допомогло б поставити нашу Сонячну систему в контекст і вирішити деякі незмінні цікавості, сказав Мері Кнапп, астроном, який вивчає екзопланети в обсерваторії Хейстек Массачусетського технологічного інституту.

«Земля проти Венери — гарний приклад — дві планети, схожі за розміром, досить подібні за складом, але дуже різні за магнітними полями», — сказав Кнапп.

Зробити такий перепис — і навіть знайти магнітні поля екзопланет — було складно, тому що ці поля слабкі й їх важко виявити. Але в квітні дві незалежні групи знайшли те, що схоже на ознаки магнітного поля, створюваного кам’янистою планетою, що обертається навколо маленької тьмяної червоної карликової зірки приблизно за 12 світлових років від нас. Планета, яка називається YZ Ceti b, трохи менша за Землю і, ймовірно, занадто гаряча для життя, як ми її знаємо. Проте виявлення магнітного поля на скелястому світі може розповісти нам більше про те, як утворюються магнітні поля та як вони впливають на еволюцію планети — і навіть на її придатність для життя.

«З нашої Сонячної системи ми знаємо, що магнітні поля відіграють важливу роль у впливі на те, як планета втрачає або зберігає свою атмосферу з часом», — сказав Джекі Вілладсен, астроном з Університету Бакнелла та член однієї з команд. «Ми намагаємося відповісти на запитання: наскільки сильні глобальні магнітні поля поширені на планетах, схожих на Землю?»

Радіосигнали

У нашій Сонячній системі Земля та чотири планети-гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун — мають значні магнітні поля. Меркурій має лише слабке поле, а Марс, швидше за все, мав більш потужне поле в минулому, яке він втратив з незрозумілих причин.

Планетарні магнітні поля генеруються двигуном під назвою динамо, який побудований із розплавленого металу, що збивається в ядрі планети. Це збивання створює електричні струми, які керують магнітним полем. На Землі та чотирьох газових гігантах цей процес достатньо сильний, щоб утворити захисний кокон навколо планети, відхиляючи заряджені частинки, які інакше здули б атмосферу планет.

«Магнітні поля діють як щит від радіації», — сказав Аян Бісвас, астроном Королівського університету в Канаді. «Вони дуже важливі для життя».

Вчені підозрюють, що багато з 5,000 відомих екзопланет мають магнітні поля, але виявити їх - це інша справа. У 1970, астрономи припустили, що коли планетарне магнітне поле взаємодіє із зіркою-господарем планети, воно може спричинити спостережуваний сплеск низькочастотних радіохвиль, які випромінює зірка, відомий як авроральне випромінювання. Час виникнення цих сплесків, як видно із Землі, залежатиме від розташування планети на її орбітальному поході — вони схожі на періодичний відбиток пальця, який опосередковано показує присутність планети.

Ще до відкриття першої екзопланети в 1992 році «люди вважали, що це дійсно хороший спосіб шукати екзопланети», сказав Джейк Тернер, астроном Корнельського університету.

Техніка виявилася важкою; Раніше не було зроблено жодного залізного виявлення екзопланетних магнітних полів, але були багатообіцяючі кандидати.

Євгенія Школьник, астрофізик з Університету штату Арізона, і його колеги використовували дані про атмосферу чотирьох гарячих Юпітерів — планет-гігантів, що обертаються близько до своїх зірок, щоб отримати підказку про магнітні поля у 2019 році. У 2021 році команда під керівництвом Тернера використала телескоп Low Frequency Array (LOFAR) у Нідерландах для виявлення радіосигналу пов'язаний з магнітним полем планети в системі Тау Волопаса, в 51 світловому році від Землі. А пізніше у 2021 р. Лотфі Бен-Яффель в Паризькому інституті астрофізики та колеги виявлені ультрафіолетові випромінювання з планети, схожої на Нептун під назвою HAT-P-11 b, на відстані 123 світлових років від Землі, які вказували на магнітосферу планети.

Але жодне з виявлень не було остаточним — і жодне не стосувалося скелястих планет.

Телефон додому

У 2017 році астрономи знайшли саме ту систему, яка їм була потрібна для того типу непрямих спостережень, про який вони припускали протягом майже 50 років. Три скелясті планети оберталися навколо червоного карлика YZ Ceti, на відстані кроку від космосу. Близькість системи до нашої робить її планети зручними цілями — особливо YZ Ceti b, найглибшу планету. Крім того, червоні карлики зазвичай мають сильніші магнітні поля, ніж такі зірки, як наше Сонце, що полегшує ідентифікацію відбитків магнітного поля планети, що обертається. «Це була одна з перших виявлених систем, яка відповідає цим критеріям», — сказав Вілладсен.

Тепер дві команди знайшли докази магнітного поля, створеного YZ Ceti b. Обидві групи помітили періодичні спалахи радіохвиль, які, здавалося, відбувалися, коли YZ Ceti b досягав подібної точки на своїй дводенній орбіті навколо зірки. Одна з команд — Вілладсена — виявила сигнальний радіовідбиток пальця з використанням Дуже великого масиву в Нью-Мексико. «Ми визначили, що планеті знадобиться напруженість магнітного поля, подібна до земної, щоб викликати таку яскравість радіохвиль», — сказав Вілладсен.

Інша команда, до якої входить Бісвас, опублікували свої результати незабаром після. Ця група провела аналогічні спостереження за періодичними радіоскачками за допомогою Гігантського метрохвильового радіотелескопа в Індії. «Ми на 99% впевнені, що [сигнал] надходить із планети», — сказав Бісвас.

Результати багатообіцяючі, сказав Школьник, який не брав участі в жодному дослідженні. "Я б не вважала це підтвердженням, але це дуже натякає", - сказала вона. Для більш чіткого виявлення знадобиться більше спостережень за зіркою та періодичними радіоскачками. Вона та інші сподіваються, що подібні спостереження можна спробувати зробити для Система TRAPPIST-1 із семи світів розміром із Землю, що обертаються навколо червоного карлика на відстані 40 світлових років від Землі, або навіть для червоного карлика Проксими Центавра, найближчої до Землі зірки на відстані 4.25 світлових років, на якій знаходиться (імовірно) кам’яниста планета.

Для Місяця

Виявлення екзопланетних магнітних полів має вирішальне значення для розуміння того, наскільки вони поширені та як планети створюють магнетизм. «Насправді ми не маємо чудового розуміння того, як ці речі генеруються на планетах», — сказав Роберт Кавана, астроном Лейденського університету в Нідерландах.

У нашій Сонячній системі динамо, здається, є ключовим. Але динамо може бути не єдиним способом генерації планетарного магнітного поля, особливо в «суперземлях» — світах, що знаходяться між Землею та Нептуном за масою — які є одними з найпоширеніших типів екзопланет, помічених досі. Мікі НакадзімаПланетолог з Університету Рочестера досліджує, чи можуть флуктуації тепла всередині планети виконувати роботу всередині світів, які мають розплавлену внутрішню частину, але не мають твердого ядра. «Мене цікавить, чи може магматичний океан створювати магнітне поле», — сказала вона, зазначивши, що «магматичні океани мають бути досить поширеними на суперземлях».

Але астрономи кажуть, що потрібні нові методи, щоб перетворити пошук із одноразових виявлень на тип перепису, на який вони сподіваються.

Одна ідея, над якою працює Кнапп, називається GO-LOW, використовуватиме флот з тисяч малих космічних апаратів для вивчення радіохвиль від екзопланет. Інша ідея — FARSIDE, a запропонована радіоматриця від NASA, який буде розміщений на зворотному боці Місяця, без радіоперешкод із Землі. Якщо будь-який із цих проектів реалізується, астрономи можуть розгадати ці незмінні таємниці — або відкрити ще більш загадкову скарбницю неземних насолод.

«Чи знайдемо ми Землі з полями розміром з Юпітер чи Юпітери з полями розміром із Землю?» — сказав Кнапп. «Я не знаю, але я дуже хотів би дізнатися».